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2021年臺積電和三星將需要ASML供應(yīng)多少臺EUV光刻機

旺材芯片 ? 來源:旺材芯片 ? 作者:旺材芯片 ? 2020-12-30 17:53 ? 次閱讀
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半導(dǎo)體晶圓代工成為全球科技競爭的焦點,先進制程的角逐競爭日趨激烈,ASML的EUV***供應(yīng)成為產(chǎn)業(yè)界關(guān)心的話題。2021年臺積電和三星將需要ASML供應(yīng)多少臺EUV***?臺灣和日本產(chǎn)業(yè)界分析人士分別給出了不同的答案。

——臺灣專家:2021年底臺積電55臺,三星30臺 2020年12月下旬,媒體報道臺積電2021年先進制程的產(chǎn)能已經(jīng)被 “預(yù)訂一空”。其中,蘋果iPhone 應(yīng)用處理器Arm 架構(gòu)電腦處理器擴大量產(chǎn)規(guī)模,獨占 5nm 超過80%的產(chǎn)能;而蘋果空出的 7nm 產(chǎn)能,也被超微半導(dǎo)體(AMD)接手。 臺積電Fab 18廠第三期將在2021年第一季開始進入量產(chǎn),5nm生產(chǎn)線全數(shù)到位,每月可提供超過9萬片的投片產(chǎn)能。據(jù)分析,臺積電會進行上、下半年產(chǎn)能調(diào)配,部分產(chǎn)品線會在2021年上半年預(yù)先投片,避免下半年旺季訂單涌現(xiàn)后的產(chǎn)能短缺。除了蘋果,高通、聯(lián)發(fā)科、超微、博通、美滿電子都有5nm投產(chǎn)計劃。

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臺積電以7nm制程優(yōu)化而來的6nm制程也同樣產(chǎn)能吃緊。高通和聯(lián)發(fā)科除了7nm制程增加投片,其5G處理器將采用6nm制造。英特爾也會采用臺積電6nm制程制造GPU產(chǎn)品。

根據(jù)ASML的官方數(shù)據(jù),2018年至2019年,每月產(chǎn)能約4.5萬片晶圓(WSPM),一個EUV層需要一臺Twinscan NXE***。隨著工具生產(chǎn)效率的提高,WSPM的數(shù)量也在增長。。 ASML最新推出的Twinscan NXE:3400B和NXE:3400C光刻系統(tǒng)價格相當(dāng)昂貴。早在10月份,ASML就透露,其訂單中的4套EUV系統(tǒng)價值5.95億歐元(約合7.03億美元),因此單臺設(shè)備的成本可能高達(dá)1.4875億歐元(1.7575億美元)。

臺灣產(chǎn)業(yè)分析人士吳金榮先生認(rèn)為,截至2021年底,臺積電可以拿到55臺ASML的EUV***,三星為30臺。 ——日本專家給出了詳盡的推理和分析 近日,日本精密加工研究所所長湯之上隆先生也對***的市場做了深入分析。 臺積電在2019年將EUV應(yīng)用于7nm+工藝量產(chǎn),2020年5nm的量產(chǎn)同樣采用了EUV技術(shù)。目前ASML是唯一可以提供EUV***的供應(yīng)商,其出貨量穩(wěn)步增長,2016年出貨5臺、2017年出貨10臺、2018年出貨18臺、2019年出貨26臺,湯之上隆預(yù)計,2020年ASML將出貨36臺EUV***。

▲ASML的EUV出貨量和積壓需求(來源:WikiChip、ASML財務(wù)報告和湯之上隆預(yù)測) 然而,ASML似乎無法滿足先進半導(dǎo)體制造商的訂單數(shù)量,訂單持續(xù)積壓,到2020年第二季度,其積壓需求數(shù)量似乎達(dá)到了56臺。 2020年第三季度,其5nm占比為8%、7nm占比為35%,5nm和7nm共占43%。由于其5nm的比例預(yù)計在未來會迅速增加,因此估計2021年5nm和7nm的總和將占臺積電總出貨量的大多數(shù)。

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▲臺積電制程發(fā)展(2020-Q3) 在7nm處,未采用EUV的N7工藝和采用EUV的N7+工藝混合在一起,比例未知。采用EUV的5nm和N7+的出貨價值正以比預(yù)期更快的速度迅速增長。

▲臺積電先進制程的產(chǎn)能爭奪戰(zhàn) 圍繞臺積電最先進制程的無晶圓廠(Fabless)產(chǎn)能爭奪戰(zhàn)如圖所示。

頭部是蘋果,高通、NVIDIA、AMD、賽靈思、博通、聯(lián)發(fā)科、谷歌、亞馬遜等擠在一起,英特爾很可能會加入其中。 自2020年9月15日起,由于美國商務(wù)部加強出口限制,臺積電不能向中國華為公司供貨半導(dǎo)體產(chǎn)品,而華為約占臺積電總產(chǎn)值的15%。不過這對臺積電幾乎沒有影響,反而其最先進制程的能力將來可能會不足。

特別是臺積電的最新制程嚴(yán)重依賴EUV設(shè)備,如果無法確保足夠的數(shù)量,則將難以承擔(dān)更多的無晶圓廠生產(chǎn)委托。那么2021年后,臺積電需要多少臺EUV***? 關(guān)于臺積電的微縮化和大規(guī)模生產(chǎn),據(jù)了解,臺積電采用EUV技術(shù)的N7+工藝從2019年開始量產(chǎn),5nm工藝在2020年量產(chǎn),3nm設(shè)備和材料選擇完成后將在2021年風(fēng)險生產(chǎn)、在2022年量產(chǎn),2nm設(shè)備和材料計劃在2024年開始量產(chǎn)。

目前尚不清楚N7+的當(dāng)前月產(chǎn)能,5nm、3nm和2nm的最終月產(chǎn)能以及這些技術(shù)節(jié)點的EUV層數(shù)。另外,尚不確切知道批量生產(chǎn)現(xiàn)場的EUV吞吐量(每小時處理的晶圓數(shù)量)和開工率。在此,為了計算臺積電所需的EUV數(shù)量,請參閱2020 VLSI研討會上的ASML和imec公告,作者將試圖假設(shè)如下。

1、在大規(guī)模批量生產(chǎn)期間,每個制程節(jié)點的月生產(chǎn)能力設(shè)置為170-190K(K = 1000);

2、為啟動制程節(jié)點,決定在三個階段引入所需數(shù)量的EUV設(shè)備:試產(chǎn)、風(fēng)險生產(chǎn)和大規(guī)模量產(chǎn);

3、大規(guī)模量產(chǎn)將分為第一階段和第二階段兩個階段進行;

4、關(guān)于EUV層數(shù),N7+對應(yīng)5層,5nm達(dá)15層,3nm達(dá)32層,2nm達(dá)45層。

5、EUV的平均產(chǎn)量為80-90個/小時,包括停機時間在內(nèi)的平均開工率為70-90%,每一項的點點滴滴都會逐步改善。

基于上述假設(shè),從2020年-2023年,臺積電一年內(nèi)(想要)引入的EUV***數(shù)量如下圖所示。

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▲臺積電所需的EUV數(shù)量估算

首先,到2020年,當(dāng)5nm大規(guī)模生產(chǎn)及3nm試產(chǎn)啟動時,據(jù)計算將需要35臺新EUV***,計算結(jié)果與圖3中的實際值幾乎相同。 到2021年,5nm生產(chǎn)規(guī)模將擴大,3nm風(fēng)險生產(chǎn)將啟動,經(jīng)計算所需的新EUV***數(shù)量達(dá)54臺;到2022年,當(dāng)3nm大規(guī)模生產(chǎn)、2nm試產(chǎn)啟動,需要的新EUV***數(shù)量被計算為57臺。

此外,到2023年,當(dāng)3nm生產(chǎn)規(guī)模擴大、2nm開始風(fēng)險生產(chǎn)時,所需新EUV***數(shù)達(dá)到58臺。到2024年2nm大規(guī)模生產(chǎn)啟動及2025年生產(chǎn)規(guī)模擴大時,所需新EUV***數(shù)被計算為62臺。 三星晶圓廠EUV需求如何? 三星副董事長李在镕于2020年10月13日訪問ASML,并要求ASML在2020年交付9臺EUV***、在2021年后每年交付20臺EUV***。

此外,根據(jù)專家提供的信息,三星副董事長李在镕在10月13日訪問ASML期間要求的“2020年9臺EUV***”中,至少有4臺將在2020年抵達(dá)三星,其余5臺預(yù)計將在2021年初被引入。此外。2021年后,尚不清楚是否會落實“每年20臺EUV設(shè)備”,但似乎將會引入類似數(shù)量的EUV***。

根據(jù)該假設(shè)得出的結(jié)論(有不確定性),臺積電在2021年-2015年的五年內(nèi)總共需要292臺EUV***,每年平均需新增58臺。如果自2021年以后,臺積電每年平臺需要近60臺EUV***,加上三星每年需要20臺,一共年需求為近80臺,ASML的產(chǎn)能是否能夠滿足這一需求?也是一個值得研究的問題。

責(zé)任編輯:xj

原文標(biāo)題:2021年臺積電和三星需多少臺EUV***?

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